Cell：首次证实四十年病毒包装理论

美国劳伦斯伯克利国家实验室的生物物理学家Carlos Bustamante领导研究团队，对病毒包装DNA所用的一种分子马达进行了研究，首次通过实验证实了三十年前提出的病毒包装理论，这篇文章发表在近期的Cell杂志上。

　　

生物通报道：病毒拥有自己的DNA，而且能够适应环境并进行演化，但人们往往并不将其看作是细胞那样的生命体。病毒要繁殖必须先入侵活细胞，将自己的DNA注入，并征用细胞中的分子机器。从本质上看，病毒就是一团DNA（或RNA）包装在蛋白衣壳中，因此其DNA的包装形式非常关键。不过人们对驱动包装过程的分子马达并不了解，更好的理解这些马达，对于抵抗病毒感染至关重要。

美国劳伦斯伯克利国家实验室（Lawrence Berkeley National Laboratory）的生物物理学家Carlos Bustamante领导研究团队，对病毒包装DNA所用的一种分子马达进行了研究，首次通过实验证实了三十年前提出的病毒包装理论。这篇文章发表在近期的Cell杂志上，Shixin Liu、Gheorghe Chistol和Craig Hetherington是文章的共同第一作者。

“通过研究Phi 29病毒的DNA包装马达，我们首次向人们展示，马达给DNA施加了扭矩，” Bustamante说。“进一步研究显示，这种扭矩是马达协调亚基活性所必需的。我们还发现，随着越来越多的DNA装入衣壳，马达会放慢节奏准备终止包装。”

上世纪七十年代科学家们提出，DNA在病毒衣壳内呈螺旋状，这可能需要DNA在包装时相对于衣壳转动。此外，为了维持关键性的静电连接，DNA也需要相对于马达转动。然而，此前科学家们一直没有找到很好的办法来检验这一理论。

Phi29病毒是一种枯草芽胞杆菌噬菌体，其DNA包装马达含有三个同轴环。这种马达复合体的催化核心是由五个亚基组成的环形ATPase。（延伸阅读：Nature新闻：复活三万年前的巨型病毒）

“此前我们发现，马达的四个亚基分工合作将DNA装入衣壳，剩下那个亚基负责监控，调节DNA包装的进程，”Liu说。“这项新研究显示，监控亚基还通过旋转DNA，维持与DNA磷酸骨架的静电连接。”

Bustamante是使用光钳和微珠研究单分子和分子马达的领军人物，其光钳病毒包装分析法包括，将DNA拴在聚苯乙烯微珠上，然后用激光束作为光钳，对各微珠施加相反的力。他和同事在这项研究中对光钳系统进行了改进，现在他们不仅可以检测拉力和推力，还可以检测扭矩的大小。研究显示，包装马达通过一套复杂的机制进行自我调节，以应对衣壳中越来越强的内部压力。

研究人员发现，当DNA高度填充时，ATP的结合速度出现下调，包装过程出现长时间停顿。研究还显示，在DNA包装过程中马达会调整自己的步长和DNA旋转量，以确保监控亚基与DNA磷酸骨架之间的静电连接。这种协调机制贯穿整个包装过程，在包装速度下降两个数量级的情况下依然得以保持。

研究人员相信，Phi 29包装马达的自我协调机制，可能也适用于其他环状马达。“阐明病毒DNA包装的整个过程，我们就能更好的理解病毒的感染机制，进而开发出更有效的治疗药物，” Liu说。“当然，这种生物马达的某些特性，应该也会给合成生物学带来新的启示。”

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